基于滲透汽化膜生產(chǎn)脫醇葡萄酒、葡萄烈酒的安全性分析

呂 澤，黎進雪，武 運*，黃文書，喬 丹，陳衛(wèi)林，王妍凌，尹麗萍，陳新軍，黨國芳，方川川

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆中信國安葡萄酒業(yè)有限公司，新疆 昌吉 832299）

新疆葡萄酒產(chǎn)能過剩，脫醇葡萄酒、葡萄烈酒的消費群體日益增加，脫醇葡萄酒是用葡萄原料經(jīng)發(fā)酵后，采用特殊加工方式加工而成的酒精度低于0.5%vol的葡萄酒，葡萄烈酒是以葡萄或葡萄汁為原料經(jīng)過發(fā)酵、蒸餾、貯藏而制成的一種酒精飲料。高年發(fā)等[1]采用分子蒸餾法將葡萄酒進行加工制成脫醇葡萄酒及酒精。但對脫醇葡萄酒、葡萄烈酒的安全性并未進行研究。

葡萄酒在發(fā)酵過程中可能會產(chǎn)生氨基甲酸乙酯，這種物質(zhì)可以導(dǎo)致肺癌、肝癌、淋巴癌等致命性疾病[2-4]。赭曲霉毒素A含量高低主要與葡萄原料是否被真菌感染有關(guān)，葡萄原料從種植到生長再到采摘運輸都要十分注意[5-6]。生物胺是一種低分子質(zhì)量的有機化合物，是植物的內(nèi)源性物質(zhì)，具有重要的生理功能。在一定濃度下，生物胺可能會導(dǎo)致頭痛、皮膚刺激、心跳加快、高血壓和低血壓、嘔吐和神經(jīng)障礙[7-9]。

反滲透、滲透蒸餾、滲透汽化等膜工藝可以獲得低度葡萄酒。這些過程可以在低溫下進行，將對葡萄酒的熱影響降至最低，然而，在滲透蒸餾過程中，水不斷添加到滯留物中，這是歐盟委員會法規(guī)嚴(yán)格禁止的。滲透汽化法通過膜的選擇透過性達到料液分離。組分的分離基于單個組分通過膜的傳輸速率的差異，可以用溶液擴散模型來解釋[10-11]。

滲透汽化是一種新型的膜分離技術(shù)。按功能分滲透汽化膜有親水膜和親有機物膜，大部分葡萄酒行業(yè)生產(chǎn)脫醇葡萄酒的是親有機物膜[12]。CARTWRIGHT P等[14]在實驗室規(guī)模上研究了滲透蒸發(fā)法從石榴汁中回收揮發(fā)性芳香化合物[13]。滲透汽化生產(chǎn)脫醇酒和葡萄烈酒具有許多優(yōu)點，例如高選擇性、低操作溫度和最小的芳香化合物損失。此外，它產(chǎn)生的廢料要少得多。

為保證滲透汽化膜生產(chǎn)脫醇葡萄酒、葡萄烈酒的安全性，本研究主要檢測干紅葡萄酒原酒、一級6 h、9 h、12 h停留液（脫醇葡萄酒樣品）、二級6 h、9 h、12 h滲透液（葡萄烈酒樣品）中氨基甲酸乙酯、赭曲霉毒素A、生物胺、甲醇等安全性指標(biāo)，探究脫醇過程中脫醇葡萄酒、葡萄烈酒各安全性指標(biāo)的變化，探究其變化趨勢，為提升脫醇葡萄酒、葡萄烈酒的安全性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

干紅葡萄酒（100%赤霞珠釀造）：新疆中信國安葡萄酒業(yè)有限公司；D5-氨基甲酸乙酯標(biāo)準(zhǔn)品（純度＞98%）、氨基甲酸乙酯標(biāo)準(zhǔn)品（分析純）：北京安捷飛科技有限公司；組胺鹽酸鹽、β-苯乙胺鹽酸鹽、酪胺鹽酸鹽、腐胺鹽酸鹽、尸胺鹽酸鹽、色胺鹽酸鹽、亞精胺鹽酸鹽、章魚胺鹽酸鹽、1,7-二氨基庚烷和精胺鹽酸鹽（均為分析純）：上海純優(yōu)生物科技有限公司；叔戊醇（分析純）：山東省越興化工有限公司；赭曲霉毒素A（分析純）：上海飛測生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）商用復(fù)合膜：中國南京久思高科技公司；himadzu GCMS-TQ8040NX島津氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、Shimadzu LC40島津高效液相色譜儀、ShimadzuGC-2030島津氣相色譜儀：日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 滲透汽化法制備脫醇酒

滲透汽化法制備脫醇酒工藝流程如下：

第一階段：利用PDMS分離膜，將赤霞珠干紅原酒在合適的溫度和分離時間條件下進行分離，酒精、部分水及揮發(fā)性香氣成分透過膜富集，在低真空狀態(tài)下汽化，通過冷凝收集得到酒精度明顯提升的滲透液，未透過膜的一側(cè)原料，酒精度不斷降低，葡萄中的酚類物質(zhì)、有機酸等被濃縮，最終可制得酒精度在0.5%vol以下的脫醇酒基酒（一級停留液）。進料溫度：45 ℃；運行時間：12 h；原料循環(huán)泵流量為48 m3/h；膜上游側(cè)原料循環(huán)系統(tǒng)壓力≤0.3 MPa；膜下游真空系統(tǒng)壓力為5 kPa；載冷劑溫度：-15～-10 ℃。

第二階段：繼續(xù)利用分離膜，對第一階段的滲透液進行分離，未透過膜的一側(cè)得到酒精度在1.0%vol以下的脫醇液，膜的透過側(cè)最終富集得到高酒精度的葡萄烈酒（二級滲透液）。進料溫度：45 ℃；運行時間：12 h；原料循環(huán)泵流量為20 m3/h；膜上游側(cè)原料循環(huán)系統(tǒng)壓力≤0.3 MPa；膜下游真空系統(tǒng)壓力為2 kPa；載冷劑溫度：-15～-10 ℃。

在第一階段和第二階段6 h、9 h、12 h分別取樣留作備用。

1.3.2 安全性指標(biāo)檢測

分別測定第一階段6 h、9 h、12 h停留液和第二階段6 h、9 h、12 h滲透液中氨基甲酸乙酯、生物胺、甲醇、赭曲霉毒素A以及Fe3+、Cu2+的含量。

（1）氨基甲酸乙酯的檢測

采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀法測定：SH-Rtx-Wax色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），進樣量1 μL，柱溫為開始55 ℃，持續(xù)1.5 min，逐漸提升到180 ℃，系統(tǒng)運行平穩(wěn)后，溫度提升到240 ℃；流速0.8 mL/min。進樣口溫度215 ℃；載氣為高純度氦氣（He）（純度≥99.999%）。

（2）生物胺的檢測

采用液相色譜法測定：色譜柱為C18柱（250 mm×4.6mm，5 μm），檢測波長254 nm，進樣量20 μL，柱溫35 ℃，流動相A為90%乙腈、10%（含0.1%乙酸的0.01 mol/L乙酸銨溶液），流動相B為10%乙腈、90%（含0.1%乙酸的0.01 mol/L乙酸銨溶液），流速0.8 mL/min。

（3）甲醇的測定

采用液相色譜法測定：HJ-FFAP色譜柱（30 m×0.32 mm，0.5 μm），載氣流量1.0 mL/min，進樣量10 μL，色譜柱溫度為初溫35 ℃，保持1 min，以4.0 ℃/min升到125 ℃，以20 ℃/min升到195 ℃，保持5 min；檢測器溫度245 ℃，進樣口溫度245 ℃，分流比：20∶1。

（4）赭曲霉毒素A的檢測

采用液相色譜法測定：Agilent TC-C18色譜柱（145 mm×4.5 mm，5 μm），檢測波長222 nm，激發(fā)波長325 nm，發(fā)射波長455 nm；進樣量10 μL，柱溫30 ℃。

（5）Fe3+、Cu2+檢測法

采用莫燕霞等[15]的檢測方法。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016、SPSS Statistics 26.0、Origin9.5.0進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 理化指標(biāo)結(jié)果分析

3種樣品的基本理化指標(biāo)見表1。由表1可知，脫醇葡萄酒的總糖含量較干紅葡萄酒原酒顯著上升（P＜0.05），總酸含量較干紅葡萄酒原酒顯著上升（P＜0.05），pH較干紅葡萄酒原酒顯著下降（P＜0.05），酒精度較干紅葡萄酒原酒顯著下降（P＜0.05），葡萄烈酒總酸含量較干紅葡萄酒原酒顯著下降（P＜0.05），pH較干紅葡萄酒原酒顯著上升（P＜0.05），酒精度較干紅葡萄酒原酒顯著上升（P＜0.05），因為PDMS膜對酒精的透過率較高、對酸類物質(zhì)的透過率較低，因此在脫醇葡萄酒中酸度較高、酒精度較低，在葡萄烈酒中酸度較低、酒精度較高。

表1 3種酒樣的基本理化指標(biāo)Table 1 Basic physicochemical indexes of three wine samples

2.2 氨基甲酸乙酯含量分析

本研究所采用貯藏一年的干紅葡萄酒原酒酒樣，測定不同時間段的氨基甲酸乙酯含量變化，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，在一級系統(tǒng)中，一級6 h、9 h、12 h停留液中的氨基甲酸乙酯含量呈上升趨勢，上升幅度較小，在二級系統(tǒng)中隨著樣品酒精度的不斷提高，二級6 h、9 h、12 h滲透液中的氨基甲酸乙酯含量呈下降趨勢，這說明了PDMS復(fù)合膜對氨基甲酸乙酯的透過率極低。國際規(guī)定葡萄酒中氨基甲酸乙酯濃度不得超過20 μg/L，其他國家也制訂了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限量：德國和法國規(guī)定葡萄酒中氨基甲酸乙酯的含量不得超過30 μg/L和15 μg/L[16-17]，本研究中脫醇葡萄酒中氨基甲酸乙酯含量小于4 μg/L，葡萄烈酒的氨基甲酸乙酯含量小于1 μg/L，均遠低于以上幾種標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 經(jīng)滲透膜處理不同階段酒樣中氨基甲酸乙酯含量變化趨勢Fig.2 Change trend of urethane content in wine samples of different stages with permeable membrane treatment

2.3 生物胺含量分析

在葡萄汁還未發(fā)酵時，甲胺、已胺、苯乙胺等物質(zhì)就存在于葡萄汁中。在一次發(fā)酵過程中這些物質(zhì)可被微生物降解，在二次發(fā)酵中乳酸菌將葡萄酒中的氨基酸脫羧，在這個過程中會產(chǎn)生組胺、酪胺、腐胺等生物胺，其中組胺、酪胺對人體健康有較大傷害。在酒類飲品中，由于乙醇可以抑制酶對生物胺的解毒作用，國家及葡萄酒企業(yè)對葡萄酒中生物胺的監(jiān)管力度越來越大[18-21]。該研究對經(jīng)滲透膜處理的不同階段酒樣的生物胺含量進行測定，結(jié)果見表2。

表2 不同階段酒樣中的生物胺含量Table 2 Bioamines contents in wine samples of different stages mg/L

由表2可知，在二級系統(tǒng)中，只有二級6 h滲透液含有微量的色胺與苯乙胺，不含有其他種類的生物胺，在一級系統(tǒng)中，一級6 h、9 h、12 h停留液生物胺總量逐漸上升，在干紅葡萄酒原酒中腐胺、尸胺含量分別為4.80 mg/L、1.67mg/L，在脫醇葡萄酒中腐胺、尸胺含量分別為15.19 mg/L、4.47 mg/L，干紅葡萄酒原酒中的酪胺、苯乙胺、組胺含量分別為0.33 mg/L、1.11 mg/L、1.77 mg/L，脫醇葡萄酒中酪胺、苯乙胺、組胺含量分別為2.72 mg/L、3.22 mg/L、4.70 mg/L，大部分生物胺都保留在脫醇葡萄酒中，葡萄烈酒中的生物胺的含量基本趨于零，這可能是由于生物胺屬于大分子物質(zhì)，PDMS膜對生物胺的透過率極低。

2.4 赭曲霉毒素A含量分析

赭曲霉毒素是霉菌中某些曲霉屬和青霉屬菌種產(chǎn)生的有毒代謝產(chǎn)物，其中，赭曲霉毒素A是最常見且毒性最大的，對人類和動物健康影響極大[22]，經(jīng)滲透膜處理的不同階段酒樣中赭曲霉毒素A含量的測定結(jié)果見圖3。

圖3 不同階段酒樣中赭曲霉毒素A含量變化趨勢Fig.3 Variation trend of ochrechrotoxin A content in wine samples at different stages

由圖3可知，相較于干紅葡萄酒原酒中的赭曲霉毒素A含量，脫醇葡萄酒中的赭曲霉毒素A含量在脫醇6 h、9 h到完全脫醇呈上升趨勢，脫醇葡萄酒中赭曲霉毒素A含量最多，但含量未超過0.6 mL/L。中國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2761—2017《食品中真菌毒素限量》中赭曲霉毒素A限量標(biāo)準(zhǔn)定為2 μg/kg[23]，本研究中脫醇葡萄酒的赭曲霉毒素A的含量較原酒有所提升但均小于0.6 μg/kg，葡萄烈酒中的赭曲霉毒素含量處于0.1 μg/kg左右，均遠低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 甲醇含量分析

甲醇是葡萄酒中的有害物質(zhì)，人體攝入過量甲醇會對人體健康造成極大的危害，在蒸餾酒中的甲醇含量較高，GB/T 15037—2006《葡萄酒》對紅葡萄酒中甲醇限量有明確要求，含量≤400 mg/L，GB 2757—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)蒸餾酒及其配制酒》規(guī)定了蒸餾酒中的甲醇含量≤2 g/L[24-26]。經(jīng)滲透膜處理的不同階段酒樣中甲醇含量的變化趨勢見圖4。

由圖4可知，相較于干紅葡萄酒原酒中的甲醇含量，一級停留液中的甲醇含量呈逐漸下降趨勢，脫醇完成的脫醇葡萄酒樣品甲醇含量最低，在二級系統(tǒng)中二級滲透液中的甲醇含量呈上升趨勢，富集結(jié)束的葡萄烈酒樣品甲醇含量最高，但遠低于國家相關(guān)規(guī)定。葡萄烈酒中甲醇含量較高可能是因為甲醇的分子質(zhì)量較小，沸點較低，在滲透汽化的過程中大部分都透過PDMS膜進入到葡萄烈酒樣品中，所以導(dǎo)致二級滲透液中甲醇含量逐漸升高，為進一步降低葡萄烈酒中的甲醇含量，可在干紅葡萄酒原酒釀造的過程中使用降甲醇果膠酶，在源頭將甲醇含量降低。

圖4 不同階段酒樣中甲醇含量變化趨勢Fig.4 Variation trend of methanol content in wine samples at different stages

2.6 Fe3+和Cu2+含量分析

GB/T 15037—2006《葡萄酒》[24]對Fe3+及Cu2+有明確要求，F(xiàn)e3+應(yīng)小于8 mg/L，Cu2+應(yīng)小于1 mg/L。當(dāng)Fe3+含量大于8 mg/L，會引起葡萄酒的鐵破敗病；當(dāng)Cu2+含量高于1 mg/L時，酒體可能會出現(xiàn)銅性混濁，影響酵母的活動并降低葡萄酒的質(zhì)量[23]。酒處理過程中鐵離子及銅離子含量的變化結(jié)果見圖5。

圖5 不同階段酒樣中鐵離子及銅離子含量變化趨勢Fig.5 Variation trend of iron ion and copper ion content in wine samples at different stages

由圖5可知，干紅葡萄酒原酒中Fe3+含量遠小于8 mg/L，Cu2+遠小于1 mg/L，在一級系統(tǒng)中，脫醇結(jié)束的脫醇葡萄酒中的Fe3+、Cu2+含量相較于原酒有所提升，在二級系統(tǒng)中，二級6 h、9 h、12 h滲透液Fe3+、Cu2+含量下降。由于Fe3+、Cu2+在原酒中含量較低，在脫醇過程中還有部分進入PDMS膜的孔徑中，所以在脫醇葡萄酒中Fe3+、Cu2+含量提升不明顯，在葡萄烈酒中幾乎無Fe3+、Cu2+含量，說明PDMS膜對Fe3+、Cu2+透過率極低。

3 結(jié)論

在脫醇葡萄酒中氨基甲酸乙酯、赭曲霉毒素A、生物胺、Fe3+、Cu2+均少量上升，甲醇含量呈下降趨勢，在葡萄烈酒中氨基甲酸乙酯、赭曲霉毒素A、生物胺、Fe3+、Cu2+均有所下降，甲醇含量呈上升趨勢，但所有指標(biāo)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，說明PDMS復(fù)合膜對氨基甲酸乙酯、赭曲霉毒素A、生物胺、Fe3+、Cu2+透過率較低，對甲醇透過率較高，在保證脫醇葡萄酒的品質(zhì)及安全性的前提下，進一步降低了葡萄烈酒中的有害物質(zhì)含量。